第十一章 核酸代谢课件

第十一章核酸代谢第十一章核酸代谢第十一章核酸代谢作为核酸合成的原料体内能量的利用形式参与代谢和生理调节组成辅酶活化中间代谢物核苷酸的生物功能第十一章核酸代谢体内核苷酸来源自身合成（主要途径）食物（次要）食物核蛋白蛋白质核酸（RNA及DNA）胃酸核苷酸胰核酸酶核苷磷酸胰、肠核苷酸酶碱基戊糖核苷酶第十一章核酸代谢核苷酸的分解代谢MetabolismofPyrimidineNucleotides第十一章核酸代谢嘌呤核苷酸的分解代谢核苷酸核苷核苷酸酶Pi核苷磷酸化酶碱基1-磷酸核糖第十一章核酸代谢嘌呤的分解代谢O第十一章核酸代谢不同种类的生物分解嘌呤碱的能力不同，因此，终产物也不同。排尿酸动物：灵长类、鸟类、昆虫、排尿酸爬虫类排尿囊素动物：哺乳动物（灵长类除外）、腹足类排尿囊酸动物：硬骨鱼类排尿素动物：大多数鱼类、两栖类某些低等动物能将尿素进一步分解成NH3和CO2排出。植物分解嘌呤的途径与动物相似，产生各种中间产物（尿囊素、尿囊酸、尿素、NH3）。微生物分解嘌呤类物质，生成NH3、CO2及有机酸（甲酸、乙酸、乳酸、等）。第十一章核酸代谢痛风症的治疗机制鸟嘌呤次黄嘌呤黄嘌呤尿酸黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶别嘌呤醇第十一章核酸代谢嘧啶碱的分解代谢丙二酸单酰CoA乙酰CoATAC甲基丙二酸单酰CoA琥珀酰CoA糖异生第十一章核酸代谢核苷酸的合成代谢MetabolismofPurineNucleotides第十一章核酸代谢嘌呤核苷酸的合成代谢从头合成途径(denovosynthesispathway)补救合成途径(salvagesynthesispathway)

第十一章核酸代谢嘌呤核苷酸的从头合成途径是指利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及二氧化碳等简单物质为原料，经过一系列酶促反应，合成嘌呤核苷酸的途径。肝是体内从头合成嘌呤核苷酸的主要器官，其次是小肠和胸腺，而脑、骨髓则无法进行此合成途径。嘌呤核苷酸的从头合成1.定义2.合成部位第十一章核酸代谢3.从头合成过程（1）IMP的合成（2）AMP和GMP的生成（3）ATP和GTP的生成第十一章核酸代谢R-5-P（5-磷酸核糖）ATPAMPPRPP合成酶PP-1-R-5-P（磷酸核糖焦磷酸）在谷氨酰胺、甘氨酸、一碳单位、二氧化碳及天冬氨酸的逐步参与下IMPAMPGMPH2N-1-R-5´-P（5´-磷酸核糖胺）谷氨酰胺谷氨酸酰胺转移酶第十一章核酸代谢IMP的合成过程①磷酸核糖酰胺转移酶②GAR合成酶③转甲酰基酶④FGAM合成酶⑤AIR合成酶第十一章核酸代谢第十一章核酸代谢IMP生成总反应过程第十一章核酸代谢①腺苷酸代琥珀酸合成酶③IMP脱氢酶②腺苷酸代琥珀酸裂解酶④GMP合成酶AMP和GMP的生成第十一章核酸代谢Asp的结构类似物羽田杀菌素，可强烈抑制腺苷酸琥珀酸合成酶的活性，阻止AMP生成。羽田杀菌素：N-羟基-N-甲酰-Gly第十一章核酸代谢AMPADPATPADPATP腺苷激酶ADPATP激酶GMPGDPGTPADPATP鸟苷激酶ADPATP激酶ATP和GTP的生成第十一章核酸代谢嘌呤碱合成的元素来源CO2天冬氨酸甲酰基（一碳单位）甘氨酸甲酰基（一碳单位）谷氨酰胺（酰胺基）第十一章核酸代谢•嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成的。•IMP的合成需5个ATP，6个高能磷酸键。AMP或GMP的合成又需1个ATP。嘌呤核苷酸从头合成特点第十一章核酸代谢从头合成的调节R-5-PATPPRPP合成酶PRPP酰胺转移酶PRAIMP腺苷酸代琥珀酸AMPADPATPXMPGMPGDPGTP++_____IMP腺苷酸代琥珀酸XMPAMPADPATPGMPGDPGTPATPGTP__++调节方式：反馈调节和交叉调节第十一章核酸代谢嘌呤核苷酸的相互转变IMPAMP腺苷酸代琥珀酸XMPGMPNH3腺苷酸脱氨酶鸟苷酸还原酶NADPH+H+NADP+NH3第十一章核酸代谢利用体内游离的嘌呤或嘌呤核苷，经过简单的反应，合成嘌呤核苷酸的过程，称为补救合成（或重新利用）途径。嘌呤核苷酸的补救合成途径第十一章核酸代谢腺嘌呤磷酸核糖转移酶(adeninephosphoribosyltransferase,APRT)次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(hypoxanthine-guaninephosphoribosyltransferase,HGPRT)腺苷激酶(adenosinekinase)参与补救合成的酶第十一章核酸代谢腺嘌呤+

PRPPAMP+PPiAPRT次黄嘌呤+PRPPIMP+PPiHGPRT鸟嘌呤+

PRPPHGPRTGMP+PPi合成过程腺嘌呤核苷腺苷激酶ATPADPAMP5’-磷酸核糖-1’-焦磷酸第十一章核酸代谢补救合成的生理意义1.补救合成节省从头合成时的能量和一些氨基酸的消耗。2.体内某些组织器官，如脑、骨髓等只能进行补救合成。第十一章核酸代谢嘧啶核苷酸的合成代谢从头合成途径(denovosynthesispathway)补救合成途径(salvagesynthesispathway)

第十一章核酸代谢嘧啶核苷酸的从头合成主要是肝细胞胞液嘧啶核苷酸的从头合成是指利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及二氧化碳等简单物质为原料，经过一系列酶促反应，合成嘧啶核苷酸的途径。1.定义2.合成部位第十一章核酸代谢嘧啶合成的元素来源氨基甲酰磷酸天冬氨酸第十一章核酸代谢嘧啶合成过程（1）尿嘧啶核苷酸的合成谷氨酰胺+

HCO3-氨基甲酰磷酸合成酶II2ATP2ADP+Pi谷氨酸+氨基甲酰磷酸第十一章核酸代谢第十一章核酸代谢第十一章核酸代谢胞嘧啶核苷酸的合成ATPADP尿苷酸激酶UDP二磷酸核苷激酶ATPADPUTPCTP合成酶谷氨酰胺ATP谷氨酸ADP+Pi第十一章核酸代谢dTMP或TMP的生成TMP合酶N5,N10-甲烯FH4FH2FH2还原酶FH4NADP+NADPH+H+dUMP脱氧胸苷一磷酸dTMPUDP脱氧核苷酸还原酶dUDPCTPCDPdCDPdCMP第十一章核酸代谢从头合成的调节---ATP+CO2+谷氨酰胺氨基甲酰磷酸UMP氨基甲酸天冬氨酸UTPCTP天冬氨酸嘌呤核苷酸ATP+5-磷酸核糖嘧啶核苷酸PRPP-第十一章核酸代谢嘧啶核苷酸的补救合成嘧啶+

PRPP磷酸嘧啶核苷+PPi嘧啶磷酸核糖转移酶尿嘧啶核苷+ATP尿苷激酶UMP+ADP胸腺嘧啶核苷+ATP胸苷激酶TMP+ADP第十一章核酸代谢核苷酸的抗代谢物嘌呤核苷酸的抗代谢物嘧啶核苷酸的抗代谢物第十一章核酸代谢嘌呤核苷酸的抗代谢物嘌呤核苷酸的抗代谢物是一些嘌呤、氨基酸或叶酸等的类似物。嘌呤类似物氨基酸类似物叶酸类似物6-巯基嘌呤6-巯基鸟嘌呤8-氮杂鸟嘌呤等氮杂丝氨酸等氨蝶呤氨甲蝶呤等第十一章核酸代谢筛选抗肿瘤药物，肿瘤细胞核酸合成速度快，药物能抑制。羽田杀菌素与Asp竞争腺苷酸琥珀酸合成酶，阻止次黄嘌呤核苷酸转化成AMP。重氮乙酰丝氨酸、6-重氮-5-氧正亮氨酸，是Gln的结构类似物，抑制Gln参与的反应。氨基蝶呤、氨甲蝶呤

叶酸的结构类似物，能与二氢叶酸还原酶发生不可逆结合，阻止FH4的生成，从而抑制FH4参与的各种一碳单位转移反应。药物对嘌呤核苷酸合成的影响第十一章核酸代谢第十一章核酸代谢次黄嘌呤(H)6-巯基嘌呤(6-MP)6-巯基嘌呤的结构第十一章核酸代谢甲酰甘氨酰胺核苷酸（FGAR）PRPP谷氨酰胺（Gln）=PRA甘氨酰胺核苷酸（GAR）==甲酰甘氨脒核苷酸（FGAM）5-氨基异咪唑-4-甲酰胺核苷酸（AICAR）=5-甲酰胺基咪唑-4-甲酰胺核苷酸（FAICAR）IMP次黄嘌呤（H）PRPPPPi=AMP=PRPPPPi=腺嘌呤（A）GMP==PRPPPPi鸟嘌呤(G)6-MP6-MP6-MP6-MP6-MP6-MP氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸MTXMTX第十一章核酸代谢嘧啶核苷酸的抗代谢物嘧啶类似物胸腺嘧啶(T)5-氟尿嘧啶(5-FU)第十一章核酸代谢某些改变了核糖结构的核苷类似物第十一章核酸代谢UMPUTPCTPCDPdCDPUDPdUDPdUMPdTMP氮杂丝氨酸阿糖胞苷氨甲碟呤氮杂丝氨酸第十一章核酸代谢脱氧核苷酸的生成脱氧核苷酸的生成dTMP的生成第十一章核酸代谢在核苷二磷酸水平上进行（N代表A、G、U、C等碱基）脱氧核苷酸的生成核糖核苷酸还原酶硫氧化还原蛋白硫氧化还原蛋白还原酶第十一章核酸代谢dNDP

+

ATP激酶dNTP+ADP二磷酸脱氧核苷NDPdNDP二磷酸核糖核苷NADP+NADPH+H+核糖核苷酸还原酶，Mg2+还原型硫氧化还原蛋白-(SH)2氧化型硫氧化还原蛋白SS硫氧化还原蛋白还原酶（FAD）脱氧核苷酸的生成第十一章核酸代谢TMP合酶N5,N10-甲烯FH4FH2FH2还原酶FH4NADP+NADPH+H+dUMP脱氧胸苷一磷酸dTMPUDP脱氧核苷酸还原酶dUDPCTPCDPdCDPdCMPdTMP的生成第十一章核酸代谢胸腺嘧啶胸腺核苷磷酸化酶脱氧核糖-1-磷酸脱氧胸苷(dT)dTMPATPADP第十一章核酸代谢遗传信息传递的中心法则

蛋白质翻译转录逆转录复制复制DNARNA在细胞分裂的过程中，通过DNA复制把亲代细胞所含的遗传信息忠实地传递给两个子代细胞。在子代细胞的生长发育过程中，这些遗传信息通过转录传递给RNA，再由RNA通过翻译转变成相应的蛋白质多肽链上的氨基酸排列顺序，由蛋白质执行各种各样的生物学功能，使后代表现出与亲代相似的遗传特征，中心法则。第十一章核酸代谢中心法则总结了生物体内遗传信息的流动规律，揭示遗传的分子基础，不仅使人们对细胞的生长、发育、遗传、变异等生命现象有了更深刻的认识，而且以这方面的理论和技术为基础发展了基因工程，给人类的生产和生活带来了深刻的革命。第十一章核酸代谢半保留复制方式的重要性确保遗传信息的稳定性，经过多少代复制后，核苷酸链仍保持完整。

第十一章核酸代谢半保留复制的特点需要多种细胞组分的参与受到细胞中多种条件的控制复制要求具有高度的忠实性第十一章核酸代谢DNA复制的一些基本概念复制子：基因组内能独立进行复制的单位包含：控制复制起始的起点(origin)控制复制终止的终止点(terminus)通常情况下：原核生物只有一个复制子，只有一个复制起点真核生物则有多个复制子第十一章核酸代谢DNA复制接受模板的指导碱基互补核苷酸依次加到加到DNA链的3’末端链延伸方向：5’→3’能量：α与β磷酸基之间的高能键3´5´5´3´3´5´5´3´第十一章核酸代谢DNA复制的体系（一）底物：dNTP,N=A,T,C,G（二）模板：DNA单链（三）引物：DNA聚合酶不能直接聚合游离的dNTP，必须由一段核酸片段提供3’OH末端使dNTP可以依次聚合。RNA或延长中的DNA子链（四）酶和蛋白质因子第十一章核酸代谢DNA聚合反应有关的酶类（1）DNA聚合酶(DNApolymetases)（2）拓扑异构酶(topoisomerase):兼具内切酶和连接酶活力，能迅速将DNA超螺旋或双螺旋紧张状态变成松驰状态，便于解链。（3）DNA解链酶(DNAhelicase)（4）单链结合蛋白(single-strandbindingprotein,SSB)：结合在解开的DNA单链上，防止重新形成双螺旋。（5）引物酶(peimase)和引发体(primosome)：启动RNA引物链的合成。

（6）DNA连接酶（DNAligase）解旋酶DNA聚合酶III解链酶RNA引物引物酶和引发体DNA聚合酶ISSB3´3´5´3´5´5´RNA引物第十一章核酸代谢DNA聚合酶DNA聚合酶不能从头合成一条新链，只能催化NMP加到已有片段的3’OH末端第十一章核酸代谢聚合酶I聚合酶活性：通过核苷酸聚合反应，使DNA链延5’-3’方向延长3’→5’外切酶活性：由3’末端水解DNA链5’→3’外切酶活性：由5’末端水解DNA链使3’末端DNA链发生焦磷酸解无机焦磷酸和脱氧核糖核苷三磷酸之间的焦磷酸基交换Klenow片段第十一章核酸代谢DNA聚合酶的3´-5´外切酶水解位点3´3´5´5´错配碱基3´-5´核酸外切酶水解位点第十一章核酸代谢DNA聚合酶5´-3´外切酶活力

5´-3´核酸外切酶水解位点单链缺口5´第十一章核酸代谢Klenow片段的结构右手形状两个裂隙双链DNA的结合位点聚合反应的催化位点、单链模板的结合位点3’→5’外切酶活性靠近聚合酶位点底物专一性：只有配对碱基才能进入凹槽保真性：错配核苷酸落入3’→5’外切酶位点第十一章核酸代谢聚合酶I的功能5’→3’外切酶活性：作用与双链DNA修复：切除嘧啶二聚体切除冈崎片段的RNA引物第十一章核酸代谢聚合酶II的功能聚合作用:该酶催化DNA的聚合，但是对模板有特殊的要求。该酶的最适模板是双链DNA而中间有空隙(gap)的单链DNA部分，而且该单链空隙部分不长于100个核苷酸。对于较长的单链DNA模板区该酶的聚合活性很低。但是用单链结合蛋白(SSBP)可以提高其聚合速率，可达原来的50-100倍。该酶也具有3‘→5’外切酶活性，但无5‘→3’外切酶活性该酶对作用底物的选择性较强，一般只能将2-脱氧核苷酸掺入到DNA链中。该酶不是复制的主要聚合酶，因为此酶缺陷的大肠杆菌突变株的DNA复制都正常。可能在DNA的损伤修复中该酶起到一定的作用。

第十一章核酸代谢聚合酶III的功能DNA复制的主要聚合酶：具有5’-3’方向合成DNA的催化活性由3’末端水解DNA链由5’末端水解DNA链第十一章核酸代谢DNA聚合酶Ⅲ两个亚基夹住DNA第十一章核酸代谢DNA聚合酶Ⅲ异二聚体第十一章核酸代谢大肠杆菌三种DNA聚合酶比较DNA聚合酶Ⅱ分子量每个细胞的分子统计数5´-3´聚合酶作用3´-5´核酸5´-3´核酸转化率DNA聚合酶Ⅰ109，000400+++1120，000100++-0.05400，00010-20++-50比较项目DNA聚合酶III切除引物修复修复复制功能

1999年发现聚合酶IV和V，它们涉及DNA的错误倾向修复（erroounerepair）第十一章核酸代谢DNA连接酶连接切口Mg2+连接酶ATP或NAD＋AMP+PPi或NMN+AMPATCGPTTPPPAACCTGAPACPPPPOHTGGATCGPTTPPPAACCTGAPACPPPTGGP缺口3'3'5'5'5'5'3'3'模板链模板链第十一章核酸代谢引物合成酶合成RNA引物方向：5’→3’第十一章核酸代谢拓扑异构酶（topoisomerase）拓扑异构酶Ⅰ可使DNA双链中的一条链切断，松开双螺旋后再将DNA链连接起来，从而避免出现链的缠绕。拓扑异构酶Ⅱ可切断DNA双链，使DNA的超螺旋松解后，再将其连接起来。大肠杆菌拓朴异构酶Ⅰ的结构第十一章核酸代谢DNA解链酶解链酶或rep蛋白，是用于解开DNA双链的酶蛋白，每解开一对碱基，需消耗两分子ATP。目前发现存在至少存在两种解链酶。

第十一章核酸代谢单链DNA结合蛋白单链DNA结合蛋白（singlestrandbindingprotein,SSB）又称螺旋反稳蛋白（HDP）。这是一些能够与单链DNA结合的蛋白质因子。其作用为：①使解开双螺旋后的DNA单链能够稳定存在，即稳定单链DNA，便于以其为模板复制子代DNA；②保护单链DNA，避免核酸酶的降解。

第十一章核酸代谢前导链滞后链RNA引物岗崎片段5’5’3’3’5’5’3’3’5’3’解链方向半不连续复制(semi-discontinuousreplication)前导链：顺着解链方向生成的子链，合成是连续进行的滞后链：另一股链因为合成的方向与解链方向相反，不能顺着解链方向连续延长，不连续的合成一些片段冈崎片段(okazakifragment)：在滞后链不连续合成期间的的一些短片段前导链连续复制而滞后链不连续复制，就是复制的半不连续性。第十一章核酸代谢岗崎片段的合成也需要RNA引物岗崎片段连接岗崎片段第十一章核酸代谢DNA生物合成过程

一、复制的起始（一）预引发：

1．解旋解链，形成复制叉：由蛋白因子（如dnaB等）识别复制起始点，拓扑异构酶和解链酶使DNA的超螺旋及双螺旋结构解开，碱基间氢键断裂，形成两条单链DNA。单链DNA结合蛋白（SSB）结合在两条单链DNA上，形成复制叉。2．引发体组装：其他蛋白因子以及引物酶一起组装形成引发体。（二）引发：在引物合成酶酶的催化下，以DNA为模板，合成一段短的RNA片段，从而获得3'端自由羟基（3'-OH）。

第十一章核酸代谢二、复制的延长阶段：（一）聚合子代DNA：

由DNA聚合酶催化，以3‘→5’方向的亲代DNA链为模板，从5‘→3’方向聚合子代DNA链。在原核生物中，参与DNA复制延长的是DNA聚合酶Ⅲ；而在真核生物中，是DNA聚合酶δ。

第十一章核酸代谢（三）复制体DNA聚合酶、解链酶、引发体、其他蛋白质

第十一章核酸代谢（三）冈崎片段：

由于亲代DNA双链在复制时是逐步解开的，因此，滞后链的合成也是一段一段的。DNA在复制时，由随后链先形成的一些短DNA片段称为冈崎片段(Okazakifragment)。冈崎片段的大小，在原核生物中约为1000～2000个核苷酸，而在真核生物中约为200个核苷酸。

第十一章核酸代谢大肠杆菌染色体复制的终止ori复制叉2复制叉1终止复制叉2终止复制叉1复制叉1复制叉2完成复制DNA拓扑异构酶

连锁染色体三、复制的终止

阶段：第十一章核酸代谢（一）去除引物，填补缺口：在原核生物中，由DNA聚合酶Ⅰ来水解去除RNA引物，并由该酶催化延长引物缺口处的DNA，直到剩下最后一个磷酸酯键的缺口。而在真核生物中，RNA引物的去除，由一种特殊的核酸酶来水解，而冈崎片段仍由DNA聚合酶来延长。

（二）连接冈崎片段：在DNA连接酶的催化下，形成最后一个磷酸酯键，将冈崎片段连接起来，形成完整的DNA长链。

第十一章核酸代谢原核细胞DNA的半不连续复制过程

复制叉的移动方向解旋酶DNA聚合酶III解链酶RNA引物引发体DNA聚合酶ISSB3´3´5´前导链随后链3´5´复制的起始DNA链的延长DNA链终止5´RNA引物3´3´冈崎片段复制起始点第十一章核酸代谢RNA引物第十一章核酸代谢四、回环模式前导链和滞后链的合成同步进行DNA聚合酶Ⅲ全酶是一个不对称的异二聚体，有两个DNA合成催化中心，分别催化两条链的合成滞后链模板经过复制叉的部位形成一个回环，使滞后链的延伸方向颠倒，与复制叉进行方向相同

第十一章核酸代谢聚合酶III核心酶聚合酶I聚合酶III核心酶滞后链前导链解螺旋酶引物合成酶RNA引物引发体拓扑异构酶II-夹子-聚体-夹子-复合物RNA引物单链结合蛋白（SSB）Β亚基二聚体套住模板使聚合酶延模板滑动

第十一章核酸代谢新合成的冈崎片段到达前一个冈崎片段5’端时，回环解开新引物合成后，滞后链模板又形成一个新的回环

第十一章核酸代谢复制的忠实性

DNA复制过程是一个高度精确的过程，据估计，大肠杆菌DNA复制5

109碱基对仅出现一个误差

DNA聚合酶的高度专一性（严格遵循碱基配对原则，但错配率为7

10-6）：正确核苷酸亲和力高且掺入速率快

DNA聚合酶的校对功能（错配碱基被3’-5’外切酶切除）

起始时以RNA作为引物

修复机制第十一章核酸代谢真核细胞DNA复制的特点

多个起点复制起点起点起点起点起点起点

真核生物的DNA聚合酶

端粒（telemere）复制第十一章核酸代谢真核生物的DNA聚合酶DNA聚合酶

分子量亚基数细胞内分布酶活力百分比外切酶活力DNA聚合酶

110-23，000多个细胞核～80%无120，000一个细胞核和线粒体2～15%无-400，000一个细胞核+10～25%5

-3

外切酶DNA聚合酶

DNA聚合酶

45，000一个细胞核10～15%无ε：修复酶第十一章核酸代谢DNA-pol

起始引发，有引物酶活性DNA-pol

参与低保真度的复制DNA-pol

在线粒体DNA复制中起催化作用DNA-pol

延长子链的主要酶，有解螺旋酶活性DNA-pol

校读、修复和填补缺口真核生物的DNA聚合酶第十一章核酸代谢真核和原核DNA细胞复制比较第十一章核酸代谢第三节、转录概述转录：DNA指导下的RNA的合成。

RNA:mRNA,tRNA,rRNADNARNA转录RNAcDNA逆转录蛋白质翻译转录逆转录复制复制DNARNA第十一章核酸代谢1.转录具有选择性，只对DNA中的编码区进行转录，且根据生长发育需要，只转录部分基因。2.转录由特定位置开始和终止，分别为启动子和终止子，之间的区域称为转录区。每次转录可以转录一个或几个基因。3.转录的酶是RNA聚合酶，合成方向是:5’→3’,且合成过程不需要引物,不具有校正、修复功能。转录的基本特征第十一章核酸代谢4.转录过程以DNA一条链（反义链，负链）为模板，只需要DNA部分解旋，合成遵循严格的碱基互补配对原则。5.新合成的RNA5’端具有三磷酸结构，第一个常为嘌呤核苷酸6.底物是4种NTP第十一章核酸代谢真核生物与原核生物转录的差异真核生物原核生物3种以上RNA聚合酶一种RNA聚合酶初始产物RNA有内含子，成熟的mRNA只占其中小部分初始产物RNA大多为编码序列，与蛋白质氨基酸序列成线性关系RNA需要后期加工成mRNA几乎不需要加工大多mRNA为单顺反子多顺反子修复成熟后用于翻译可直接翻译第十一章核酸代谢转录的4个阶段识别RNA聚合酶识别启动子，并与启动子特异性的结合。起始RNA聚合酶与启动子结合后，使部分DNA链解旋，形成转录泡复合体，开始转录。转录延伸终止RNA聚合酶识别终止子，停止转录。第十一章核酸代谢第二节依赖DNA的RNA聚合酶(DDRP)（一）原核生物的RNA聚合酶

第十一章核酸代谢核心酶(coreenzyme)全酶(holoenzyme)

不具有起始聚合酶的活性，只能催化RNA的延长具有RNA聚合酶的基本活性第十一章核酸代谢RNA聚合酶的功能1、识别和结合启动子2、沿着DNA做单向运动3、解开DNA双螺旋，转录后又回复双螺旋4、能同时与局部分离的DNA链和转录产物RNA结合5、以DNA为模板，以5’-3’方向催化磷酸二酯键的合成，合成RNA链6、识别转录的终止信号7、能与转录因子相互作用，调节转录速度8、能在转录受到阻遏的时候进行自身调解，借助辅助因子，恢复和维持RNA的合成第十一章核酸代谢某些噬菌体的RNA聚合酶比原核生物RNA聚合酶要简单的很多。一条肽链，已知最简单的RNA聚合酶第十一章核酸代谢核心酶α：与启动子上游部分结合，提高转录效率ββ’构成催化亚基β：催化磷酸二酯键形成β’：与DNA模板结合

第十一章核酸代谢σ因子

（SigmaFactor）降低RNA聚合酶对非特异性位点的结合能力提高RNA聚合酶与启动子的结合能力，平均提高1000倍。保证RNA的不对称合成促使转录起始的特异性：不同的σ因子识别不同的启动子延伸开始后从聚合酶上释放第十一章核酸代谢第十一章核酸代谢（二）真核生物的RNA聚合酶

蕈：xùn第十一章核酸代谢RNA聚合酶I存在于细胞核的核仁中负责转录45SrRNA,经过加工得到5.8SrRNA，18SrRNA，28SrRNA

在三类酶中活性最高，低离子强度时活性最高第十一章核酸代谢RNA聚合酶II位于细胞核质内主要产物是mRNA前体（即核不均一RNA，hnRNA），及其他几种参与mRNA加工的小分子snRNA在高离子强度时有高活性第十一章核酸代谢RNA聚合酶III存在于细胞核质内催化产物为tRNA，5SrRNA，一些稳定的小分子RNA转录物在离子强度很宽的范围内有活性第十一章核酸代谢四、转录过程起始延长终止三阶段第十一章核酸代谢GpN结构基因RNApol识别结合生成起始复合物转录延长转录终止转录空泡也称转录复合物，是RNA聚合酶的核心酶，DNA模板和转录产物RNA结合在一起的三元复合物。启动子终止区pppGpppG第十一章核酸代谢（一）转录起始转录起始需解决两个问题：RNA聚合酶必须准确地结合在转录模板的起始区域。DNA双链解开，使其中的一条链作为转录的模板。原核生物的转录过程：第十一章核酸代谢2.DNA双链解开1.RNA聚合酶全酶(

2)与模板结合3.在RNA聚合酶作用下发生第一次聚合反应，形成转录起始复合物RNApol(

2

)-DNA-pppGpN-OH3

转录起始复合物:5

-pppG-OH+

NTP

5

-pppGpN

-OH3

+ppi转录起始过程：第十一章核酸代谢原核生物转录起始σ亚基辨认-35区RNApol全酶移向-10区（结合松弛）（结合紧密）封闭型起始复合物第十一章核酸代谢原核生物转录起始-10及起始点处局部解链解链区17bp左右开放型复合物：全酶与DNA的二元复合物合成第一个磷酸二酯键：确定起始位点5’-pppGpN-OH-3’第十一章核酸代谢原核生物转录起始RNApol(αββ′σ)—DNA—pppGpN-OH合成9~10个核苷酸后，σ亚基脱落转录起始不需引物！合成一小段RNA链三元复合物：全酶、DNA-RNA杂合双链第十一章核酸代谢（二）转录延长1.

亚基脱落，RNA–pol聚合酶核心酶变构，与模板结合松弛，沿着DNA模板前移；

2.在核心酶作用下，NTP不断聚合，RNA链不断延长。(NMP)n

+

NTP

(NMP)n+1

+PPi第十一章核酸代谢连续合成：蠕动解链区移动：RNA-DNA杂合链一直保持约12bpRNA-pol（核心酶）

····DNA····RNA第十一章核酸代谢“转录泡（transcriptionbubble）”保真性：只有互补的NTP才能进入催化位点第十一章核酸代谢5

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DNA原核生物转录过程中的羽毛状现象核糖体RNARNA聚合酶第十一章核酸代谢第十一章核酸代谢（三）转录终止1.核心酶从DNA模板上脱落2.RNA-DNA杂合双链解链3.释放新的RNA分子4.DNA分子恢复双螺旋结构（一）原核生物的转录终止第十一章核酸代谢1.依赖Rho(ρ)因子的转录终止2.非依赖Rho因子的转录终止分类ρ因子(Pr)1.识别结合富含C的RNA链2.ATPase活性3.解螺旋酶(helicase)活性ρ因子(Pr)六聚体的蛋白质RNA结合蛋白：每个可以结合12个碱基功能ATPase活性解螺旋酶活性：5’→3’，是RNA-DNA杂合双链分离第十一章核酸代谢ρ因子+ATP5′3′Polymerase富含C25/501.依赖Rho因子的转录终止第十一章核酸代谢DNApol5′3′RNApol失活ρ因子解螺旋酶活性使DNA/RNA杂化双链拆离，利于产物从转录复合物种释放。第十一章核酸代谢依赖ρ因子的终止子具有回文结构第十一章核酸代谢ρ结合到RNA的5’端，延RNA链向转录泡运动RNA聚合酶移动到终止子而暂停ρ因子追上RNA聚合酶解旋酶活性使RNA-DNA双链分开，RNA从模板释放第十一章核酸代谢RNA转录后，形成特殊的结构，以终止转录，不需要ρ因子。2.不依赖ρ因子的转录终止第十一章核酸代谢不依赖ρ因子的终止子1.具有断裂的反向重复序列结构，有富含G-C配对区，转录出的RNA形成稳定的二级结构，即茎环结构。2.模板链5’端含有串联的A，RNA产物在发夹结构的下游有polyU结构。第十一章核酸代谢UUUU………..5’3’1.茎环结构改变RNApol的结构，使其暂停2.茎环结构的形成使RNA链生长端只剩下寡聚U与模板链配对3.rU-dA配对的氢键很弱易解链，处于末端，RNA-DNA杂合链分开第十一章核酸代谢茎环结构使转录终止的机理

使RNA聚合酶变构，转录停顿；使转录复合物趋于解离，RNA产物释放。5´pppG53

35RNA-pol第十一章核酸代谢第十一章核酸代谢终止因子协助RNA聚合酶识别终止信号的蛋白质NusA：可以核心酶结合第十一章核酸代谢抗终止作用通读：有些终止子的作用可被特异的因子阻止，使酶能越过终止子继续转录抗终止因子第十一章核酸代谢真核生物的转录过程（一）转录起始真核生物的转录起始上游区段比原核生物多样化，转录起始时，RNA-pol不直接结合模板，而需依靠众多的转录因子。第十一章核酸代谢转录起始前复合物PIC通用转录因子和聚合酶以特定顺序结合DNA节旋TFⅡH开放复合物聚合酶磷酸化，滑到模板链下游+15，合成第一个磷酸二酯键延伸起始复合物解聚TFⅡE、H解离蛋白激酶TFⅡH第十一章核酸代谢模板理论